Многие участки территории города Пензы с поверхности представлены водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами, обладающими сильной и неравномерной сжимаемостью [1]. Встречаются участки, например, в центральной части г. Пензы, по улицам Урицкого, Горького, Луначарского, Пушкина, Чехова и др., где мощность слабоуплотненных водонасыщенных глинистых грунтов достигает от 8-10 метров и более [2].
Инженерно-геологический разрез построен по направлению от реки Суры (улицы Урицкого-Горького) к участку, который расположен на ул. Большая Радищевская. Протяженность разреза составляет примерно один километр, абсолютные отметки поверхности изменяются от 142 до 157 метров. По данным бурения ПензТИСИЗ вскрыто следующее напластование грунтов (сверху вниз): 
1. tQ_IV - техногенные образования в виде насыпных грунтов. Мощность 1,5-3 м;
2. pdQ_IV – почвенно-растительный слой. Мощность 0,3-1,2 м;
3. aQ_III – глины тугопластичные I_L = 0,36 второй надпойменной террасы реки Суры. Мощность 1,2-2,5 м;
4. aQ_III – глины мягкопластичные I_L = 0,56 второй надпойменной террасы реки Суры. Мощность 5,0-8,5 м;
5. e(K₂m) – глины серые и желтовато-серые, известковистые, ожелезненные, слюдистые, комковатые, полутвердые I_L= 0,20. Мощность 1,8-5,0 м.
6. mK₂ – глины серые и темно-серые, слюдисто-мергелистые, твердые I_L= -0,1. Вскрытая мощность 2,0-8,8 м.
Непосредственно вблизи р. Суры мягкопластичные глины подстилаются толщей песков мелких и средней крупности с вскрытой мощностью 0,7-5,5 метров [3].
Анализ инженерно-геологических исследований выполнен авторами до глубины 15÷20 метров. 
В приведенных выше инженерно-геологических условиях возникает проблема нахождения экономически эффективного и одновременно надежного варианта фундаментов [4]. 
При малоэтажном строительстве экономически целесообразно использовать фундаменты на естественном основании с использованием эффективной формы фундамента или с применением методов улучшения и закрепления основания, например, замена слабого слоя на более прочный материал. Возможно, применение свайных фундаментов с заглублением в слабый слой при соответствующем обосновании или использование в качестве несущего слоя более плотные коренные грунты, прорезая слабые. 
При строительстве многоэтажных 14-16 этажных зданий с железобетонным или стальным каркасом в условиях уже существующей городской застройки на фундаменты передаются значительные сосредоточенные вертикальные и горизонтальные нагрузки. Классическим вариантом фундаментов для такого типа здания является фундаментная плита [5]. Но в рассматриваемых грунтовых условиях расчетная осадка плиты всегда выше предельно допустимой величины. Применение же фундаментов из забивных свай приводит к образованию сплошного свайного поля под зданием и перерасходу бетона и арматуры [6]. 
Если верхние слои площадки представлены слабыми грунтами, а подстилающие породы обладают более высокой прочностью, то целесообразно применить фундамент из набивных свай в пробитых скважинах с уширением из щебня в нижней части [7, 8, 9]. 
Технология изготовления набивных свай в пробитых скважинах (СПС) включает следующие операции. Скважину под сваю выполняют ударным способом с помощью специального навесного оборудования на грузоподъемных машинах свободным сбрасыванием пробивного снаряда с погружением обсадной трубы или без нее. После достижения необходимой глубины забой скважины заполняют щебнем или местным грунтовым материалом и трамбуют, получая уширение в нижней части ствола сваи. В завершение оставшуюся часть скважины заполняют бетонной смесью и уплотняют её трамбовкой с плоской рабочей поверхностью. 
Рассчитаем отдельно стоящий монолитный фундамент с уширением из щебня под колонну со следующими параметрами: расчетные нагрузки в уровне обреза фундамента: вертикальная N = 1800 кН; горизонтальная Q = 250 кН; момент М = 400 кН·м. Здание возводится на участке, сложенном глинистыми грунтами с показателями текучести в диапазоне I_L= 0,1…0,6. Форма уширения изменяется в зависимости от показателя текучести I_L.
Форма уширения при втрамбовывании в дно вытрамбованного котлована жесткого материала отдельными порциями c высотой засыпки по 0,6–1,2 м принимается в виде: 
– шара (d _c = h_c) для случаев, когда ниже дна скважины залегают песчаные, за исключением пылеватых, грунты с плотностью не ниже средней или глинистые грунты со степенью влажности S_r < 0,5 и показателем текучести I_L при полном водонасыщении (S_r ≥ 0,9) I_L < 0,4, для которого значение коэффициента k = 0,62;
– эллипсоида вращения с соотношением осей h_c /d_c ≥ 1,8 при влажных глинистых грунтах при I_L > 0,6 значения k принимаются равным k = 0,5.
Определяем радиус уширенного основания r_c в зависимости от объема втрамбованного жесткого материала и формы уширения по формуле

r_c = k  ,

где V _c – объем втрамбованного в дно скважины жесткого материала, м³;
k– коэффициент, учитывающий форму уширения, который при втрамбовывании жесткого материала отдельными порциями высотой (1,5 – 2)d трамбовками с заостренным нижним концом принимается для: шара k = 0,62; для эллипсоида вращения k = 0,5; для промежуточных значений соотношения осей эллипсоида вращения от 1 до 1,8 величина коэффициента k принимается по интерполяции.
Максимальный диаметр уширения при втрамбовывании жесткого грунтового материала принимается не более d _c ≤ 2d _t (d _t - диаметр трамбовки).
Площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении А_с , м² , принимается равной

Определяем несущую способность фундамента F_d исходя из несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны по формуле

где γ_c – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

γ”_cR – коэффициент условий работы жесткого грунтового материала уширения под нижним концом сваи, принимаемый равным 0,7 с учетом вида свай и технологии их выполнения, принимаемые по табл.1 [10];

R_com – расчетное сопротивление уплотненного грунта под сваей или уширением (кПа), принимаемое по табл. 2. [10] с учетом полного водонасыщения грунта основания и показателя текучести I_Lглинистых грунтов.

A_с – площадь опирания на уплотненный грунт сваи (без уширения), или площадь поперечного сечения уширенного основания по его наибольшему диаметру, определяемому в зависимости от объема, втрамбованного в дно скважины жесткого грунтового материала и вида грунта основания.

Назначаем размеры фундамента СПС (таблица 1). 

Таблица 1. Изменение несущей способности свай в пробитых скважинах в зависимости от различных факторов

Условие расчета фундамента на действие вертикальной нагрузки

N £ ,

где N – расчетная нагрузка, передаваемая на фундамент (продольное усилие);
γ_k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 – если несущая способность определена расчетом по табличным значениям расчетных сопротивлений грунтов под нижним концом и по боковой поверхности сваи, или по результатам динамических испытаний.
Для определения степени влияния показателя текучести на несущую способность СПС построены графики зависимости F_d = f (I_L) (рис.1, 2), F_d =f(L) (рис.3, табл.2).

Таблица 2. Влияние глубины погружения нижнего конца сваи и показателя текучести грунта на несущую способность СПС

По результатам анализа можно сделать следующие выводы:чем больше показатель текучести глинистых грунтов, тем меньше несущая способность фундаментов в пробитых скважинах (рис. 1, рис.2, рис.3). Например, из таблицы 2 и рис.2 видно, что при глубине заложения фундамента пять метров и показателе текучести I_L = 0,3, несущая способность глинистого грунта F_d = 1470 кН. В случае I_L = 0,5 данная несущая способность составляет F_d = 683 кН, т.е. уменьшается в 2,1 раза;
при глубине заложения нижнего конца сваи 15 м (табл.2, рис.3) для глинистых грунтов в диапазоне изменения показателя текучести I_L = 0,3÷0,5 значения несущей способности грунта изменяются в пределах F_d = 3000 ÷ 1238 кН, т.е. отличаются в 2,4 раза;
чем меньше показатель текучести I_L, тем значительнее отличается несущая способность свай в зависимости от глубины погружения в диапазоне L= 5÷15 м. Так, при I_L = 0,3 при изменении глубины заложения сваи L= 5÷15 м несущая способность сваи изменяется в пределах F_d = 1470÷3000 кН, т.е. возрастает примерно в 2,0 раза; а при I_L = 0,5 в том же диапазоне изменения длины сваи несущая способность F_d изменяется от 683 до 1238 кН, т.е. увеличивается в 1,8 раза. Поэтому при разработке наиболее оптимального варианта фундамента в диапазоне изменения показателя текучести I_L = 0,3÷0,5 рекомендуется также обращать внимание на выбор длины сваи.
не удается сформировать уширение с эффектом уплотнения грунтового основания в слоях глинистого грунта с показателем текучести I_L > 0,6.
при проектировании свай в пробитых скважинах с уширением в нижней части выгодно назначать максимальное количество щебня V_с = 1,7 м³ исходя из размеров трамбовки, что позволит уменьшить геометрические параметры тела фундамента и тем самым снизить расход бетона и повысить несущую способность ФВК в среднем в 2 ÷ 2,5 раза

1. Кошкина Н.В. Хрянина О.В., Исаева Т.А. Инженерно-геологическая оценка четвертичных отложений Пензенского Присурья // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 77-80.
2. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Сударушкина З.И, Немова Е.Ю. Инженерно-геологическая оценка разностей аллювия Пензенского региона // Актуальные проблемы современного строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 144-146.
3. Хрянина О.В. Природа физико-механических свойств глинистых грунтов территории застройки г. Пензы // Геотехника-99: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во ПДЗ, 1999. С. 144−147.
4. Кошкина Н.В., Хрянина О.В., Пономарева Т.В. К вопросу изменчивости инженерно-геологических свойств грунтов // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2014. С. 40-42.
5. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Свайно-плитные фундаменты на комбинированном основании // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического ун-та: Строительство и архитектура. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2014. №2. С. 229–237.
6. Хрянина О.В., Пономарева Т.А. Рациональные фундаменты зданий на слабых грунтах // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2014. С. 76-82.
7. Глухов В.С, Хрянина О.В., Глухова М.В. Исследование влияния уширения свай в пробитых скважинах на осадку // Известия Юго-Западного государственного университета. Курск, 2011. № 5-2. С. 351a-354.
8. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова М.В. Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/50633 (дата обращения: 03.04.2015).
9. Хрянина О.В., Ежов Д.А. Влияние диаметра уширения на несущую способность фундаментов в вытрамбованных котлованах // Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Изд-во Пенз. госуд. ун-та арх-ры и строит-ва, 2013. С. 118-122.
10. Крутов В.И., Когай В.К., Попсуенко И.К., Глухов В.С., Арутюнов И.С. Проектирование и устройство свайных фундаментов и упрочненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах: практ. пособие. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та архит. и строит-ва, 2011. 100 с.

Все статьи автора «Хрянина Ольга Викторовна»